基于CAPP的汽车制动器钳体工艺过程设计.docx

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基于CAPP的汽车制动器钳体工艺过程设计

摘要

工艺规程设计是机械制造技术的基本内容之一，在实际生产中，机械产品都要经过一定的工艺过程才能制成。

生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。

机械加工车间生产的计划、调度、工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。

因此，工艺规程设计与生产实际有着密切的联系。

分析哈飞“赛马”汽车前刹车制动器钳体零件图，利用Pro/E软件进行三维实体零件的精确建模,直观地再现了零件，准确体会设计意图。

通过分析三维零件实体，为零件以后的工艺安排提供依据。

Pro/E软件的Pro/Mechanica模块和ANSYS软件结合起来,对加工方法进行有限元分析,为切削用量和刀具尺寸的选择提供可靠的依据。

最后利用CAPP制订工艺路线和工序设计在内的完整工艺文件。

本次毕业设计需要完成定位基准的选择，工艺路线的拟订，公差及工序尺寸的确定，加工工序设计等一系列问题，最后给出了生产该零件的生产线布置格局。

关键词：

Pro/E；制造；分析；制造工艺过程；工艺；

ABSTRACT

Technologicaldesignisafundamentalelementofthemachinerymanufacturingtechnology,theactualproduction,mechanicalproductsthroughcertainprocessesmustbecompleted.Productionisusedbeforeitisreadytodoproduction,productionusedittocommandproductionproduction,usingittothetest.[1]Mechanicalprocessingworkshopproductionplan,dispatch,andworkersoperate,sparepartsprocessingqualitytesting,processingofaccounts,basedonthestatutearetocraft.[2]Therefore,thedesignandproductionprocessesarecloselylinkedtotheactual.

AnalysisHaFei"race"carbeforebrakingbrakestongsbodyparts,usingPro/Esoftware3Dmodellingentitiesprecisionparts,visualdepictstheparts,andaccuratelyunderstandthedesignintent.Byanalysing3Dpartsentities,theprocessesforsparepartsafterarrangementsbasis.Pro/EsoftwarePro/MechanicaANSYSsoftwaremodulesandintegratedanalysisofalimitedprocessingmethodsforcuttingusageandcutlerysizeoptionsprovidereliablebasis.Capproutesandtechniquesusedtodevelopthefinaldesignprocess,theintegrityprocesses.

Thisgraduatedesigncompletedbaselinepositioningoptionscraftlineup,sizeandbusinessprocessesdefined,aseriesofmanufacturingprocessesforthedesign,givingthefinalpartsoftheproductionlinelayoutproductionpatterns.

Keywords：

Pro/E;Mechanica;Ansys;CAPP;Technologicalregulations

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论………………………………………………………………………………1

1.1本次设计的目的及意义……………………………………………………………1

1.2汽车制动装置………………………………………………………………………2

1.3制造业在国民经济中的地位………………………………………………………4

1.4软件的应用…………………………………………………………………………5

1.4.1Pro/ENGINEER软件……………………………………………………………5

1.4.2ANSYS软件………………………………………………………………………5

1.4.3CAPP软件………………………………………………………………………6

1.4.4Pro/EA、NSYS和CAPP软件在课本题中的应用………………………………6

1.5本次设计的主要内容………………………………………………………………6

第2章零件工艺性分析及基准选择………………………………………………7

2.1零件的结构分析……………………………………………………………………7

2.2毛坯类型的确定……………………………………………………………………8

2.3确定生产类型、加工设备及工艺设备……………………………………………9

2.4基准的选择……………………………………………………………………9

2.4.1粗基准的选择…………………………………………………………………9

2.4.2精基准的选择…………………………………………………………………9

2.5本章小结……………………………………………………………………………9

第3章机械加工工序的安排………………………………………………………10

3.1机械加工工序的安排原则…………………………………………………………10

3.2工艺路线设计………………………………………………………………………10

3.2.1工艺路线的提出………………………………………………………………10

3.2.2两种方案的比较分析…………………………………………………………11

3.3最终工艺路线的确定………………………………………………………………11

3.4关键表面的加工方法分析…………………………………………………………12

3.4.1三面刃铣刀加工过程分析……………………………………………………12

3.4.2油槽和密封槽加工过程分析…………………………………………………14

3.4.3三面刃铣刀铣削加工中的工件变形问题……………………………………16

3.5本章小结……………………………………………………………………………20

第4章加工余量的计算及夹具设计………………………………………………21

4.1加工余量的计算……………………………………………………………………21

4.2专用夹具设计…………………………………………………………………24

4.3本章小结……………………………………………………………………………25

第5章切削用量和时间定额的确定及生产线布置……………………………26

5.1切削用量的选择……………………………………………………………………26

5.1.1背吃刀量ap的选择……………………………………………………………26

5.1.2进给量f的选择………………………………………………………………26

5.1.3切削速度v的选择……………………………………………………………26

5.2工时定额的制定……………………………………………………………………27

5.3生产率………………………………………………………………………………29

5.4生产线布置…………………………………………………………………………29

5.5本章小结……………………………………………………………………………29

结论………………………………………………………………………………………30

参考文献…………………………………………………………………………………31

致谢………………………………………………………………………………………32

附录…………………………………………………………………………………33

第1章绪论

1.1本次设计的目的及意义

随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，汽车上采用盘式制动器配置正逐步在我国形成规模。

特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性等方面都发挥了很大的作用。

在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面，在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前车轮盘式制动，后车轮鼓式制动。

    中国的工程师和用户还停留在前盘后鼓的理念上，而前、后盘式制动器的应用才是商用车提高制动性能的最佳方案。

由于后鼓式制动器在温度升高后，制动性能衰减很大，导致前轴上盘式制动器承受不应承担的过多负载，致使盘式制动器的过载，制动片寿命的缩短。

因轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，所以前轮制动力要比后轮大。

采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑。

随着我国国民经济的快速发展，普通消费者对汽车安全和环保要求日益提高，微型汽车行业从微型货车起步，过渡到微型客车，再提升到使用微型轿车作为代步工具，成为历史发展的必然；另一方面，所有微型汽车企业已将主要资金和力量转向微型轿车行业，推出适应消费者不同需求的微型轿车产品，一些民营企业也将微型轿车作为进入汽车市场的突破口，不断的价格大战，使得微型轿车价格已不再“曲高和寡”，开始贴近普通百姓。

盘式制动器主要有钳盘式和全盘式两种，现代汽车上应用最多的就是钳盘式制动器，它的旋转元件是制动盘，固定元件是制动钳。

而根据制动钳的运动方式又可分为定钳盘式制动器、滑动钳盘式制动器和钳盘式制动器，其中滑动钳盘式制动器应用更广。

钳盘式制动器的工作原理就类似于自行车上的刹车，在制动过程中，制动钳将制动块挤压到制动盘上，随着制动盘和衬块之间的摩擦逐渐的将速度降下来。

而滑动钳盘式制动器就是制动钳可以相对制动盘作轴向滑动；只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。

盘式制动器在使用过程中，也会出现故障，其中比较常见的有气阻、制动力不足和制动时有噪声等。

盘式制动器的发热部位集中在很窄的制动衬块上，其单位压力又比鼓式制动器大，制动衬块和钳体的活塞直接接触，因此制动时的热量极易传给制动液。

这样，使盘式制动器容易产生气阻现象。

但是，若采取相应的措施，也可防止气阻现象的发生。

微型及普及型汽车在我国有很大市场，近年来内需扩大带动了对微型汽车市场需求量的增加。

有关部门认为中国经济已经进入适度增长的平台，这必将拉动汽车市场的稳定增长。

去年，中国各企业效益好转，居民可支配收入增加，致使个人对汽车需求提高；国家实施西部大开发战略，对微车市场无疑也是巨大的潜在需求。

从0.9L到1.6L，价格适合我国国情,适合正在发展的中国的现况。

汽车制动器钳体支架是汽车重要零件之一，随着现在设计加工制造技术的发展，制动器钳体支架的材料及加工手段等也在不断发展，确定加工工艺与装夹方案及设计，从而达到对汽车制动器钳体支架加工工艺进一步更深了解；

该毕业设计可以加强常用工具AutoCAD和CAPP软件的使用与掌握；加快了解汽车企业生产工艺设计、制造及应用的过程。

1.2汽车制动装置

汽车的制动性是汽车的主要性能之一。

自从汽车诞生之日起，汽车的制动性就显得至关重要；并且随着汽车技术的发展和汽车行驶车速的提高，其重要性也显得越来越明显。

制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长，紧急制动时发生侧滑等情况有关。

所以，汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。

车辆的制动装置对安全行车是至关重要的，灵敏的制动装置可以避免很多事故。

汽车制动装置中有两种形式：

盘式制动器和鼓式制动器。

盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能高于鼓式制动器，而且空气直接通过制动盘，故盘式制动器的散热性很好。

但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。

相对于盘式制动器来说，鼓式制动器由于散热性不好，鼓式制动器存在热衰退现象。

盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。

它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。

制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。

分泵固定在制动器的底板上固定不动。

制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。

分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好象用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。

这种制动器散热快，高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。

有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。

[4]

盘式制动器的发热部位集中在很窄的制动衬块上，其单位压力又比鼓式制动器大，制动衬块和钳体的活塞直接接触，因此制动时的热量极易传给制动液。

这样，使盘式制动器容易产生气阻现象。

但是，若采取相应的措施，也可防止气阻现象的发生。

微型及普及型汽车在我国有很大市场，近年来内需扩大带动了对微型汽车市场需求量的增加。

有关部门认为中国经济已经进入适度增长的平台，这必将拉动汽车市场的稳定增长。

去年，中国各企业效益好转，居民可支配收入增加，致使个人对汽车需求提高；国家实施西部大开发战略，对微车市场无疑也是巨大的潜在需求。

从0.9L到1.6L，价格适合我国国情,适合正在发展的中国的现况。

汽车制动器钳体支架是汽车重要零件之一，随着现在设计加工制造技术的发展，制动器钳体支架的材料及加工手段等也在不断发展，确定加工工艺与装夹方案及设计，从而达到对汽车制动器钳体支架加工工艺进一步更深了解。

对专用夹具的设计要遵循几个步骤：

首先要充分地了解零件的结构，材质，加工工艺，装配工艺和工作原理，然后还需要了解夹具在零件的哪一道加工工序上使用，该加工工序工件的加工完成情况和零件的定位基准和夹持方式。

此零件中含有几个相互平行的平面，对它们之间的位置尺寸精度要求为±0.05mm的公差。

通用量具无法检测。

为了满足生产和检测的要求，根据被测零件的结构和精度的要求，设计了一种比较测量这些位置尺寸数据的专用夹具，这种专用夹具的重复性精度≤0.01mm，示值误差为0.01。

（1）结构特点

这种夹具结构简单，准确性高，可靠性好，操作方便。

工件的定位和安装可以在几秒钟时间内完成，大大缩减了检测的时间，提高了劳动效率。

该夹具适合于类似零件批量生产是对有相对位置的错开的面之间有严格尺寸要求的情况下使用。

（2）工件在夹具上的定位和安装

工件在夹具上的定位是检测零件中非常重要的一步。

复杂的零件都有工艺基准孔或基准面。

加工零件是就是以这些基准孔或基准面来定位和安装零件，所以也用此对定位和安装的零件进行检测。

也就是要满足基准统一的原则。

除此之外，还要考虑到零件安装是所占的空间，设计夹具是要留出工件安装是所占的空间和取放零件是的路径空间，以及检测是测量一起侧头所走的路径空间等。

时下我们开的大部分轿车，如本课程设计的哈飞赛马汽车制动器，采用的还不完全是盘式制动器，而是前盘后鼓式混合制动器（即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器），这主要是汽车设计者从经济与实用的角度出发，一般轿车采用了混合的形式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。

四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，因此前轮制动力要比后轮大。

轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。

当然，前后轮都使用盘式制动器是趋势。

1.3制造业在国名经济中的位置

制造业在世界工业化进程中始终起着基础和主导的作用。

制造业源于手工业,伴随人类文明的发展而发展。

一个国家的整体制造业实力在很大程度上决定着该国的经济发展水平及其国际地位。

历史上各个时期的制造业中心也是那个时期无可争议的最发达国家。

因此,对制造业在一国经济发展中的地位和作用应提升到国家层面,并制定切实可行的发展蓝图。

不仅如此,制造业也是解决我国当前就业矛盾和提高就业水平的重要领域,并且对国民经济其他部门具有很强的带动和辐射作用。

随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，汽车上采用盘式制动器配置正逐步在我国形成规模。

特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性等方面都发挥了很大的作用。

在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面，在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前车轮盘式制动，后车轮鼓式制动。

中国的工程师和用户还停留在前盘后鼓的理念上，而前、后盘式制动器的应用才是商用车提高制动性能的最佳方案。

由于后鼓式制动器在温度升高后，制动性能衰减很大，导致前轴上盘式制动器承受不应承担的过多负载，致使盘式制动器的过载，制动片寿命的缩短。

因轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，所以前轮制动力要比后轮大。

生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合匹配方式。

采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑。

随着我国国民经济的快速发展，普通消费者对汽车安全和环保要求日益提高，微型汽车行业从微型货车起步，过渡到微型客车，再提升到使用

当前,我国制造业技术水平、劳动生产率及工业增加值率低；自主的或具有自己知识产权的技术创新能力十分薄弱；制造业的产业结构不合理等。

为扭转这一局面,必须着手进行制造业技术结构升级方面的努力,这需要国家、企业、个人三方面都要围绕这一问题,群策群力,充分发挥各自优势,形成有效合力,尽快使我国步入世界制造业强国行列。

我国加入WTO后，积极参与世界经济的分工和协作，已逐渐发展成为世界产品制造基地之一，制造业在国民经济中的地位更加重要。

伴随工业产品性能和质量的提高，传统的机械制造技术正逐步为以数控加工技术为代表的先进制造技术所代替。

数控加工已成为提升制造水平、实现制造自动化的主要技术手段。

我国要实现由制造大国向制造强国的转变，必须全面提升制造水平。

因此,研究汽车刹车片钳体加工工艺具有十分重要的现实意义和实用价值.本文主要是针对汽车制动系统---钳体的生产工艺过程进行设计,形成可用于生产的完整工艺文件。

1.4软件的应用

1.4.1Pro/ENGINEER软件

Pro/E软件能将设计至生产全过程集成到一起,所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作,即实现所谓的并行工程。

Pro/E系统用户界面简洁,概念清晰,符合工程人员的设计思维习惯。

整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型,Pro/E建立在工作站上,系统独立于硬件,便于移植。

[5]

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

1．参数化设计，相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。

2．基于特征建模

Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。

这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。

3．单一数据库（全相关）

Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。

所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。

换言之，

在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。

例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。

这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。

这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。

采用Pro/E软件来实现三维设计,可以提高产品设计的准确性并大大缩短产品研发、模具设计和加工周期,从而降低产品开发、模具设计成本。

1.4.2ANSYS软件

ANSYS软件是融结构（包括结构静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态分析、热谱分析、非线性分析等）、热、流体、声学于一体的大型有限元通用分析软件,它历经30多年的不断完善和修改,现成为全球工程中最受欢迎的应用程序。

[6]该软件20世纪90年代开始在我国的机械制造、航空航天、汽车交通、石油化工、能源等领域得到应用,并得到中国压力容器标准化技术委员会的认证。

它运行的主要流程是前置处理、解题程序及后置处理。

可以有效快速地对结构进行深入分析研究,可对多种工况进行快速分析得出结果,寻找到结构受力状态下的变化规律。

[7]

软件主要包括三个部分：

前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；

1.4.3CAPP软件

计算机辅助工艺设计,即ComputerAidedProcessPlanning缩写为CAPP。

利用CAPP能够迅速编制出包括制订工艺路线和工序设计在内的完整工艺文件。

[8]在现代机械制造行业,CAPP的应用为产品开发和生产并行工作创造了条件,极大地提高了工艺设计工效,缩短了产品开发周期,尤其在网络技术条件下,CAPP除了具备传统的CAPP工艺管理与设计功能外,还强调了与CAD、ERP（即,企业资源计划管理系统,是将企业所有资源进行整合集成管理,简单的说是将企业的三大流:

物流、资金流、信息流进行全面一体化管理的管理信息系统）等跨平台信息系统的信息关联、沟通和共享,为企业建立适应市场的快速反应能力提供了帮助,因此,CAPP在企业的应用越来越普及。

[9]

1.4.4Pro/E、ANSYS和CAPP软件在本课题中的应用

本课题采用Pro/E软件来完成三维实体零件设计,比较直观地再现了零件，准确体会设计意图。

通过分析零件三维实体，为零件以后的工艺安排以及加工过程提供依据。

做有限元分析时，Pro/E软件的Pro/Mechanica模块和ANSYS软件结合起来,分析加工过程中产生的最大位移和最大应力,为切削用量的选择提供可靠的依据。

[10]

为了适应将来发展的需要，本课题利用CAPP软件迅速编制出包括制订工艺路线和工序设计在内的完整工艺文件，提高了工艺的标准化和规范化,提高了工艺设计质量，并且通过工艺的不断优化和工艺经验的不断积累,使工艺水平得以迅速提高。

1.5本次设计的主要内容

分析哈飞“赛马”汽车前刹车制动器钳体